CN107603213B - 一种阻燃聚酰胺组合物、阻燃聚酰胺的制备方法和应用 - Google Patents

一种阻燃聚酰胺组合物、阻燃聚酰胺的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阻燃聚酰胺组合物,其包括:(A)聚酰胺,和(B)阻燃剂5‑40%,所述百分比为相对于聚酰胺的质量百分比;所述聚酰胺具有230℃以上的熔点且重均分子量为25000‑40000。本发明的聚酰胺组合物可以减少阻燃剂的用量,得到与其他聚酰胺组合物相当或更好的阻燃效果,不会因为大量阻燃剂的分解造成环境污染,同时聚酰胺的机械性能优异,应用范围广。

Description

一种阻燃聚酰胺组合物、阻燃聚酰胺的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种阻燃聚酰胺组合物、阻燃聚酰胺的制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺是一种性能良好的高分子复合材料,在机械强度、电器特性以及耐摩擦磨耗等方面都表现出优异的特性,可以作为工程塑料,广泛应用于机械零部件、电子、电器部件等领域,近年来更是进一步发展到汽车内装材料以及建材等诸多领域。上述应用对聚酰胺的阻燃性能有较高要求。
现有技术中,对于现有大规模使用的聚酰胺,例如尼龙6或尼龙66而言,一般通过添加阻燃剂来提高聚酰胺的阻燃性能。现有阻燃剂中,第一代阻燃剂——卤/锑阻燃剂,使用最为广泛,但其成本高,且对聚酰胺的物理机械性能、加工流动性等,有较大影响。含磷无卤阻燃剂,作为卤/锑阻燃剂的替代品近年被广泛使用,但磷系阻燃剂成本高。氮系阻燃剂是阻燃剂市场最具有发展潜力的品种,能高效阻燃,且无腐蚀作用。
然而,伴随着阻燃剂的添加,不但成本增加,同时聚酰胺机械强度,例如:拉伸性能、断裂伸长量、抗冲击强度等逐渐降低。在此基础上,研究一种阻燃剂添加量低、且具有优异的阻燃效果,同时机械强度佳的聚酰胺产品,已经成为行业内亟待解决的问题。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供一种聚酰胺组合物,其包括:
(A)聚酰胺,和,
(B)阻燃剂5-40%,优选5-35%,更优选10-30%,最优选15-25%;
所述聚酰胺包括熔点230℃以上且重均分子量25000-40000的聚酰胺;所述百分比为相对于聚酰胺(组分(A))的质量百分比;
根据本发明的一个具体实施方式,所述聚酰胺的极限氧指数优选为30%(V/V)以上,更优选31-36%(V/V),再优选32-35%(V/V)。
根据本发明的一个具体实施方式,所述聚酰胺的初始热分解温度Td优选280-330℃,再优选290-320℃,更优选300-315℃。此处所述初始热分解温度,定义为聚合物失重1%时的温度,可以用Td(1%loss)表示。
所述聚酰胺的最大分解速率时的热分解温度优选380-450℃,再优选390-430℃,更优选400-430℃。最大分解速率时的热分解温度用T最大分解速率表示。
根据本发明的一个具体实施方式,所述聚酰胺的端氨基含量优选为45-60meq/kg,更优选48-57meq/kg。
根据本发明的一个具体实施方式,所述聚酰胺玻璃化转化温度优选45-60℃,更优选48-55℃。
根据本发明的一个具体实施方式,所述聚酰胺的熔点优选240-270℃,更优选250-260℃。
优选地,所述聚酰胺(组分(A))包括聚己二酰戊二胺,即聚酰胺56。
本发明的一个具体实施方式,所述组分(A)还包括聚酰胺以外的其它聚合物,所述其他聚合物包括聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、环氧树脂、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、酚醛树脂、脲醛树脂和其它聚酰胺中的一种或多种。
所述聚烯烃包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、ABS、乙丙共聚物、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和乙烯/醋酸乙烯共聚物中的一种或多种。所述聚酯包括PET和/或PBT。所述其它聚酰胺包括任意已知聚酰胺,如聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺1010和聚酰胺1414中的一种或多种。
优选地,所述聚酰胺和其他聚合物的重量比为(70-99):(30-1),更优选(80-90):(20-10)。
所述阻燃剂优选包括溴系阻燃剂和/或无机阻燃剂,优选包括溴系阻燃剂中的至少一种和包括无机阻燃剂中的至少一种。
其中,所述溴系阻燃剂优选包括溴化聚苯乙烯、溴化聚苯醚、溴化聚碳酸酯、溴化聚亚苯基醚、溴化环氧树脂、六溴苯、五溴乙苯、六溴联苯、十溴联苯、六溴联苯氧化物、八溴联苯氧化物、十溴联苯氧化物、四溴双酚A、四溴双酚A-双(羟乙基醚)、四溴双酚A-双(2,3-二溴丙基醚)、四溴双酚A-双(溴乙基醚)、四溴双酚A-双(烯丙基醚)四溴双酚A衍生物、四溴双酚S、四溴双酚S-双(羟乙基醚)、四溴双酚S-双(2,3-二溴丙基醚)四溴双酚S衍生物、四溴邻苯二甲酸酐、四溴邻苯二甲酰亚胺、乙撑双四溴邻苯二甲酰亚胺和四溴邻苯二甲酸酐衍生物、六溴环十二烷、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、三溴苯基缩水甘油醚、三溴苯基丙烯酸酯、乙撑双三溴苯基醚、乙撑双五溴苯基、乙撑双五溴苯基醚、十四溴丙二酚、溴化聚碳酸酯、聚五溴苯甲基丙烯酸酯、溴化聚苯醚、聚2,6二溴苯醚、八溴萘、五溴环乙烷、双(三溴苯基)富马酰胺和N-甲基六溴二苯基胺中的一种或多种。
其中,所述无机阻燃剂优选包括三氧化二锑、硼酸锌和偏硼酸钡中的一种或多种。
本发明的一个具体实施方式,在使用溴系阻燃剂和无机阻燃剂的情况下,所述溴系阻燃剂的添加量优选8-25%;所述无机阻燃剂的添加量优选1-8%;所述百分比为相对于聚酰胺(组分(A))的质量百分比。
进一步的,本发明的聚酰胺组合物,还可以加入增强剂、增韧剂、化学交联助剂、润滑剂、热稳定剂、抗氧化剂、紫外线分解抑制剂、脱模剂、着色剂、成核剂和增塑剂中的一种或多种。上述成分以本领域中通常使用的量存在于本发明的聚酰胺组合物中。
所述增强剂优选包括碳酸钙、具有圆形或非圆形横截面的玻璃纤维、玻璃片、玻璃珠、碳纤维、滑石、云母、钙硅石、焙烧粘土、高岭土、硅藻土、硫酸镁、硅酸镁、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钠铝、钡铁氧体和钛酸钾中的任意一种或几种的组合。所述增强剂的添加量为1-20%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述增韧剂优选包括活性官能团和/或羧酸的金属盐,优选包括甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸酯的共聚物、接枝的不饱和羧酸酸酐的乙烯和α-烯烃的共聚物、乙烯和α-烯烃的双烯共聚物、烯甲基丙烯酸-2-异氰酸根合乙酯和一种以上的甲基丙烯酸酯的共聚物、烯甲基丙烯酸-2-异氰酸根合乙酯分别与锌、锂、镁或锰化合物反应生成的离聚物。所述增韧剂的添加量为1-10%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述化学交联助剂(交联剂)优选包括氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基己烷或过氧化二叔丁基)中的任意一种或几种的组合。所述化学交联助剂的添加量为0.1-5%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述润滑剂优选包括脂肪酸金属盐、脂肪酸碱金属盐、脂肪酸碱土金属盐、脂肪酸酯和脂肪酸酰胺中的任意一种或几种的组合,更优选硬脂酸钙、褐煤酸钙、硬脂酸铝、二硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、乙二胺二硬脂酸酯、单棕榈酸甘油酯、三月桂酸甘油酯、单山萮酸甘油酯和四硬脂酸季戊四醇酯中的任意一种或几种的组合。脂肪酸为羧酸,优选为一元羧酸或二元羧酸,更优选为具有10-44个碳原子的脂肪酸,进一步优选为具有14-44个碳原子的脂肪酸,更进一步优选为具有30-40个碳原子的脂肪酸;例如,脂肪酸可以优选为壬酸、棕榈酸、月桂酸、十七烷酸、十二烷二酸或山嵛酸,更优选为硬脂酸、癸酸和褐煤酸。金属为Al、Ca或Mg。脂肪酸酯为脂肪酸与脂肪醇反应所得。脂肪醇为一元醇至四元醇,优选正丁醇、正辛醇、硬脂醇、乙二醇、丙二醇、新戊二醇、季戊四醇,进一步优选丙三醇和季戊四醇。脂肪酸酰胺为脂肪酸与脂族胺反应所得。脂族胺可为一元胺至三元胺,优选硬脂酰胺、乙二胺、丙二胺、六亚甲基二胺、二(6-氨基己基)胺,进一步优选乙二胺和六亚甲基二胺。所述增强剂的添加量为0.1-5%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述热稳定剂优选包括铜化合物。铜化合物优选卤化亚铜,更优选卤化亚铜和碱金属卤化物中的任意一种或两种的组合。碱金属卤化物优选KI。当铜化合物为卤化亚铜和碱金属卤化物的组合时,卤化亚铜和碱金属卤化物的质量比为1:4。所述热稳定剂的添加量为0.2-5%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述抗氧化剂优选包括空间位阻酚抗氧化剂、空间位阻脂族胺抗氧化剂和芳族胺抗氧化剂中的任意一种或几种的组合。空间位阻脂族胺抗氧化剂具有优选的适用性。当抗氧化剂为空间位阻酚抗氧化剂时,空间位阻酚抗氧化剂占组分(A)的质量百分比为0.05-3%,优选0.1-1.5%,更优选0.1-1%;当抗氧化剂为空间位脂族胺抗氧化剂时,空间位脂族胺抗氧化剂占组分(A)的质量百分比为0-3%,优选0.01-2%,更优选0.05-1.5%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述紫外线分解抑制剂优选包括各种取代的间苯二酚、水杨酸酯、苯并三唑和二苯甲酮中的任意一种或几种的组合。所述紫外线分解抑制剂的添加量为2%以下,例如0.1-1.5%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述着色剂优选包括染料或颜料。颜料为无机颜料或有机颜料。无机颜料优选为二氧化钛或群青蓝;有机颜料为酞菁、喹吖啶酮和苝中的任意一种或几种的组合。染料为苯胺黑或蒽醌。所述着色剂的添加量为2%以下,例如0.1-1.5%,所述百分比为占组分(A)的质量百分比。
所述成核剂优选苯基亚膦酸钠、矾土、硅石和滑石中的任意一种或几种的组合。所述成核剂的添加量为2%以下,例如0.1-1.5%,所述百分比是占组分(A)的质量百分比。
一种工程塑料,其原料包括如上所述的聚酰胺组合物。
所述工程塑料的制备方法优选包括以下步骤:将聚酰胺组合物熔融混合,按照本领域常规方法,进行成型例如注塑、注射/吹塑、挤出或挤出吹塑,制得工程塑料。
本发明的有益效果:本发明的聚酰胺组合物可以减少阻燃剂的用量,得到与其他聚酰胺组合物相当或更好的阻燃效果,不会因为大量阻燃剂的分解造成环境污染,同时聚酰胺的机械性能优异,应用范围广。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进一步说明本发明。
1、极限氧指数的测定
极限氧指数(LOI)是指聚合物在氧和氮混合气体中能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度,用以表征材料燃烧行为、判断材料与火焰接触时燃烧的难易的指数。极限氧指数可以用燃烛试验测定,将一个聚合物棒在特定条件下向下燃烧进行测定。本发明中,极限氧指数检测方法参考ISO 4589-2方法测定。
2、相对粘度ηr的检测方法
ISO 307.1157.1628
3、熔点(Tm)的测定
ISO 3146ISO 11357
4、拉伸强度、断裂伸长率检测方法
ISO 527-2
5、弯曲强度
ISO 527-2
6、悬臂梁缺口冲击强度
ISO 179/leA
7、UL-94可燃性等级(Underwriters Laboratory):
ISO 4589-2
塑料阻燃等级包括:HB、V-2、V-1和V-0;
HB:3-13mm的样品,燃烧速度小于40mm/min;小于3mm的样品,燃烧速度小于70mm/min;或在10mm的标志前熄灭;
V-2:对样品进行两次10s的燃烧测试,火焰在60s内熄灭;可以有燃烧物掉下。
V-1:对样品进行两次10s的燃烧测试后,火焰在60秒内熄灭;不能有燃烧物掉下。
V-0:对样品进行两次10s的燃烧测试后,火焰在30秒内熄灭;不能有燃烧物掉下。
8、端氨基含量检测方法
ASTM D2074
9、玻璃化转化温度
ISO 11357
10、热分解温度(Tdegradation)
热重分析(Thermogravimetric Analysis,TGA):在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系,以研究材料的热稳定性和组份。将样品置于烘箱中,在80℃干燥12h,之后取5-10mg样品置于氧化铝坩埚中,同时使用空坩埚作为对照。在氮气条件下,将样品以20℃/min速度,从30℃加热至700℃。
Td(1%loss):初始热分解温度,定义为聚合物失重1%时的温度。
T最大分解速率:最大分解速率时的热分解温度。
实施例1
将100重量份PA56(Tm254℃,Mw32000)、10重量份溴化聚苯醚、2重量份三氧化二锑、10重量份增强剂玻璃纤维(GF)、0.4重量份交联剂、0.4重量份润滑剂、0.6重量份热稳定剂、0.3重量份抗氧化剂、0.3重量份紫外线分解抑制剂在约255℃下熔融混合,挤出成型,获得线材,用于下述试验。
实施例2-实施例5和对比例1-对比例8
与实施例1同样地进行,只是如表1-3所示改变组分及其含量,所得聚酰胺用于下述试验。对比例中使用的PA6和PA66均为市售可得。
其中,GF:玻璃纤维增强剂;
MBS:甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物增韧剂。
表1聚酰胺组合物成分及其含量(数字的单位为重量份)
Figure BDA0001047125070000071
表2聚酰胺组合物成分及其含量
Figure BDA0001047125070000072
Figure BDA0001047125070000081
表3聚酰胺组合物成分及其含量
Figure BDA0001047125070000082
使用实施例1-5和对比例1-8获得的材料用于进行拉伸强度试验、弯曲强度试验、悬臂梁缺口冲击强度试验、UL-94可燃性等级评价。结果如表4-表6所示。
表4实施例1-6的聚酰胺组合物的性能参数
组别 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度MPa 96 118 159 76 65
弯曲强度MPa 151 145 162 78 68
悬臂梁缺口冲击强度 5.4 5.7 5.6 4.3 3,8
UL-94可燃性等级(0.8mm) V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
LOI 36.6 35.7 34.9 35.6 34.9
表5对比例1-6的聚酰胺组合物的性能参数
组别 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
拉伸强度 94 120 156 75 64
弯曲强度 120 141 163 74 62
悬臂梁缺口冲击强度 5.2 5.5 4.8 4.0 3.6
UL-94可燃性等级(0.8mm) V-2 V-2 V-2 V-2 V-2
LOI 25.2 27.1 25.3 27.3 26.2
表6对比例6-8的聚酰胺组合物的性能参数
组别 对比例6 对比例7 对比例8
拉伸强度 95 113 110
弯曲强度 125 136 131
悬臂梁缺口冲击强度 4.3 5.2 4.0
UL-94可燃性等级(0.8mm) V-2 V-2 V-2
LOI 26.2 26.1 27.3

Claims (10)

1.一种聚酰胺组合物,其包括:
(A)聚酰胺,所述聚酰胺包括聚酰胺56,和,
(B)阻燃剂5-24%;所述百分比为相对于聚酰胺的质量百分比;
所述聚酰胺为熔点230℃以上且重均分子量25500-40000的聚酰胺;其中,所述聚酰胺的熔点根据ISO3146的方法测定;
所述阻燃剂选自溴系阻燃剂和/或无机阻燃剂,
所述溴系阻燃剂选自溴化聚苯醚、溴化环氧树脂、四溴双酚A-双(2,3-二溴丙基醚)、四溴双酚S-双(羟乙基醚)、乙撑双五溴苯基醚中的一种或多种;
所述无机阻燃剂选自三氧化二锑、硼酸锌、偏硼酸钡中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物,其中,所述聚酰胺的极限氧指数为30%V/V以上;和/或,
所述聚酰胺的初始热分解温度为280-330℃;和/或,
所述聚酰胺的最大分解速率时的热分解温度为380-450℃;和/或,
所述聚酰胺的端氨基含量45-60meq/kg;和/或,
所述聚酰胺的玻璃化转化温度为45-60℃;和/或,
所述聚酰胺的熔点为240-270℃;
其中,所述聚酰胺的极限氧指数根据ISO 4589-2的方法测定;所述聚酰胺的端氨基含量根据ASTM D2074的方法测定;所述聚酰胺的玻璃化转化温度根据ISO 11357的方法测定;所述初始热分解温度为热重分析过程中所述聚酰胺失重1%时的温度,所述最大分解速率时的热分解温度为所述热重分析过程中最大分解速率时的热分解温度。
3.根据权利要求2所述的聚酰胺组合物,其中,
所述聚酰胺的极限氧指数为31-36%V/V;和/或,
所述聚酰胺的初始热分解温度为290-320℃;和/或,
所述聚酰胺的最大分解速率时的热分解温度为390-430℃;和/或,
所述聚酰胺的端氨基含量48-57meq/kg;和/或,
所述聚酰胺的玻璃化转化温度为48-55℃。
4.根据权利要求2所述的聚酰胺组合物,其中,
所述聚酰胺的极限氧指数为32-35%V/V;和/或,
所述聚酰胺的初始热分解温度为300-315℃;和/或,
所述聚酰胺的最大分解速率时的热分解温度为400-430℃。
5.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物,其中,还含有其他聚合物,所述其他聚合物包括聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、环氧树脂、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、酚醛树脂、脲醛树脂和其他聚酰胺中的一种或多种;
其中,所述聚烯烃包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、ABS、乙丙共聚物、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和乙烯/醋酸乙烯共聚物中的一种或多种;
所述聚酯包括PET和/或PBT;
所述其他聚酰胺包括聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺1010和聚酰胺1414中的一种或多种;
所述聚酰胺和其他聚合物的重量比为(70-99):(30-1)。
6.根据权利要求5所述的聚酰胺组合物,其中,所述聚酰胺和其他聚合物的重量比为(80-90):(20-10)。
7.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物,其中,所述溴系阻燃剂的添加量8-25%;和/或,所述无机阻燃剂的添加量1-8%;所述百分比为相对于聚酰胺的质量百分比。
8.根据权利要求1所述的聚酰胺组合物,其进一步包括增强剂、增韧剂、化学交联助剂、润滑剂、热稳定剂、抗氧化剂、紫外线分解抑制剂、脱模剂、着色剂、成核剂和增塑剂中的一种或多种。
9.一种工程塑料,其原料包括如权利要求1-8中任一项所述的聚酰胺组合物。
10.一种工程塑料的制备方法,其包括以下步骤:将权利要求1-8中任一项所述的聚酰胺组合物熔融混合,通过注塑、注射吹塑、挤出或挤出吹塑而制得工程塑料。
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